АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ТРАНСПОРТЕ

В результате изучения третьей главы обучающиеся должны:

знать

• • средства связи в соответствии с их ролью в организации транспортного обслуживания;
• • применение систем и средств связи на транспорте в зависимости от их назначения, вида, характеристик;
• • основы передачи данных;

уметь

• • выбирать характеристики средств сбора данных о транспортных и логистических потоках;
• • выбирать характеристики локальных вычислительных сетей для организации коллективной работы с данными;

владеть

• • методами использования средств связи в соответствии с их ролью в организации транспортного обслуживания;
• • методами правильного применения информационных систем и средств связи на транспорте в зависимости от их назначения, вида, характеристик.

Мониторинг транспортных потоков

Идентификация транспортных потоков (ТП) является важнейшим компонентом любой современной системы управления движением. Благодаря использованию датчиков идентификации осуществляется обратная связь между центральным пунктом управления и дорожной сетью. Сущность обратной связи в контуре автоматического управления состоит в сборе информации о параметрах транспортных потоков.

Классификация датчиков, используемых для идентификации ТП, приведена на рис. 3.1.

По принципу действия датчики дорожного движения можно разделить на три группы: контактного типа, излучения, измерения параметров электромагнитных систем.

Датчики контактного типа (электромеханические, пневмоэлектриче- ские и т.п.) не получили распространения в системах управления дорожным движением из-за низкой надежности, зависимости от погодных условий и сложности обработки получаемых данных, так как они регистрируют не количество ПС, а количество осей.

Рис. 3.1. Классификация наиболее распространенных датчиков дорожного движения

Среди датчиков, устанавливаемых непосредственно в дорожном полотне, наибольшее распространение получил индуктивный датчик. Этому послужили такие факторы, как простота конструкции, надежность работы и более низкая стоимость относительно других типов датчиков.

Индуктивный датчик (рис. 3.2) представляет собой провод, расположенный в канавке дорожного полотна, который может иметь одну или больше петель различной формы. Провод для удобства контроля в эксплуатации через монтажный колодец соединен с контроллером, который передаст сигнал датчика в систему управления дорожным движением.

Рис. 3.2. Схема индуктивного датчика

На петлю подается переменный электрический ток частотой от 10 до 200 кГц, который создает электромагнитное поле. Когда транспортное средство проезжает по петле, шасси транспортного средства действует как проводник, сокращая индуктивность петли. Уменьшение индуктивности увеличивает резонансную частоту колебания в петле с ее номинального значения, и посылается импульс на электронную плату. Изменение частоты должно достигнуть некоторого предела, прежде чем контроллер интерпретирует это изменение как прохождение или наличие транспортного средства. Способность петли обнаруживать транспортные средства зависит от расстояния между проводом петли и металлическим шасси ПС.

Форма индуктивной петли должна быть выбрана на основе того, в каких условиях и какой объект необходимо обнаруживать. Чувствительность оптимальна, если петля не больше, чем обнаруживаемый объект. В противном случае на индуктивность петли будут влиять другие транспортные средства, проходящие вне зоны детектирования. Увеличение размера петли уменьшит изменение индуктивности, вызываемое проездом ПС. Например: если транспортное средство изменяет индуктивность на 1,0% при проезде над рамкой размером 1,8 х 1,8 м, то же самое транспортное средство изменит индуктивность на 0,5%, когда проедет по петле размером 1,8 х 3,6 м.

Прямоугольная форма петли наиболее подходит для того, чтобы обнаруживать легковые автомобили и грузовики. Петли, установленные под углом в 45° относительно дороги, идеально подходят для того, чтобы обнаруживать велосипеды. Петля в форме восьмерки устанавливается перед железнодорожными путями.

Индуктивные датчики по конструкции индуктивной петли можно разделить на следующие виды:

• • датчики с малой областью обнаружения — обычно состоят из единственной короткой петли средним размером 1,8 х 1,8 м, как правило, используются для обнаружения приближающихся к светофору автомобилей для управления работой светофора;
• • датчики с большой областью обнаружения — используются для фиксации присутствия ПС в зоне контроля (до 20 м), что позволяет реализовать алгоритм адаптивного управления на основе поиска разрыва в транспортном потоке.

В качестве такого вида датчиков используются длинные индуктивные петли, которые в последнее время для повышения надежности заменяются на несколько последовательных коротких петель, устанавливаемых вдоль дорожного полотна перед стоп-линией.

Для реализации широкой зоны обнаружения транспортных средств используют широкие индуктивные петли. Они применяется для продления зеленого сигнала в случае образования затора. Когда автомобили занимают всю детектируемую зону рамки, происходит продление горения зеленого сигнала на этом направлении. Если нет полного заполнения этой зоны (автомобили стоят не на всех полосах), то продления разрешающего сигнала не происходит.

С помощью индуктивных датчиков можно реализовать следующие управляющие воздействия по регулированию дорожного движения:

• • определить момент времени проезда ПС над определенным сечением дороги;
• • определить интенсивность транспортного потока и объема движения за промежуток времени любой длительности;
• • определить среднюю пространственную скорость потока на заданном участке дороги;
• • обнаружить затор на заданном участке дороги;
• • определить плотность потока на заданном участке дороги;
• • определить длину очереди автомобилей у перекрестка в заданном направлении.

Индуктивные датчики широко используются для предоставления приоритета в движении общественному транспорту. Для этого чаще всего используются различные устройства, которые формируют управляющий импульс, распознаваемый контроллером. После этого алгоритм управления вырабатывает решение о продлении горения, или включения, зеленого сигнала светофора. При наличии выделенной полосы для движения общественного транспорта могут использоваться две последовательно установленные индуктивные петли. Если контроллер получает сигнал одновременно от двух датчиков, то по полосе движется автобус, тогда как легковой автомобиль не может одновременно занять пространство над двумя датчиками.

Датчики, устанавливаемые над дорогой, отличаются более простой установкой, но дороже по сравнению с индуктивным детектором, и точность их показаний в большей степени зависит от погодных условий. Из этой группы датчиков акустические и инфракрасные чаще всего используются для фиксации присутствия транспортного средства.

В России наибольшую популярность получил радиолокационный детектор транспорта. Детектор может быть использован для работы в АСУ дорожным движением, для адаптивного управления движением транспорта, для контроля интенсивности движения и контроля на въездах/выез- дах скоростных дорог, для проведения транспортных обследований и автоматического обнаружения дорожно-транспортных происшествий и т.д. Принцип работы детектора основан на бесконтактном зондировании проезжей части дорожного полотна сигналом сверхвысокой частоты с линейной частотной модуляцией. Одновременно он может охватить несколько полос. Детектор монтируется на опорах освещения, опорах контактной сети, стенах зданий или других искусственных сооружениях, расположенных сбоку от проезжей части, устанавливается и настраивается без остановки движения транспорта. Детектор выполняет две основные функции.

• 1. Осуществляет регистрацию наличия движущихся транспортных средств в зонах контроля.
• 2. Ведет статистический учет динамических параметров транспортных потоков (общего количества ПС, прошедших зону контроля; занятости зоны контроля — как отношение времени, в течение которого зона контроля была занята ПС, ко времени статистического учета; средней скорости транспортного потока; количества длинномерных транспортных средств).

Данные сведения могут накапливаться во внутренней памяти детектора для последующего считывания или сразу передаваться в систему управления.

Третье поколение радиолокационных детекторов SmartSensor производства фирмы «Wavetronix»^[1] имеет двухлучевую структуру. Скорость в этих детекторах определяется путем замера времени прохождения от первого луча до второго. Датчик работает на частоте 245 МГц, что позволяет получить более точные результаты, особенно при определении типа транспортного средства, в отличие от датчиков предыдущих поколений, которые используют частоту 45—49 МГц.

На рис. 3.3 — сам датчик со снятой крышкой, определение присутствия транспортных средств перед стоп-линией, принцип детектирования потока на многополосной дороге и реализация функции определения длины очереди транспортных средств перед светофорным постом.

Рис. 33. Радиолокационный детектор транспорта фирмы Wavetronix

Датчик легко настраивается с помощью программы с интуитивно понятным интерфейсом, что не требует специальной подготовки персонала.

С помощью программного обеспечения могут выполняются следующие задачи:

• • прием информации из БД детекторов транспорта;
• • определение стабильности показаний детекторов транспорта;
• • первичная статистическая обработка данных детекторов в целях идентификации и (или) отбраковки сомнительных данных;
• • статистическая обработка информации;
• • историко-статистическая обработка информации;
• • анализ информации.

Необходимость использования комбинированных детекторов вызвана тем, что опыт использования более простых устройств не позволяет с удовлетворительной точностью определять все параметры транспортных потоков. Комбинированный детектор использует следующие средства:

• • микроволновый радар, обеспечивающий измерение скорости движения каждой транспортной единицы;
• • ультразвуковой детектор, обеспечивающий классификацию транспортных средств на базе сканирования их профилей, а также индикацию стоящих автомобилей;
• • многоканальный инфракрасный детектор, обеспечивающий подсчет и уточнение интенсивности движения и занятость полосы движения (если активизирован режим экономии электроэнергии, этот детектор применяется также для включения и выключения радара).

Комбинированные детекторы устанавливаются над каждой полосой движения.

Наиболее перспективными датчиками считаются видеодетекторы. Система состоит из одной или нескольких видеокамер, сигналы от которых обрабатываются специальным быстродействующим ПО, которое позволяет устройству выполнять следующие функции:

• • определять общее количество прошедших транспортных средств по каждой полосе движения за заданный промежуток времени;
• • классифицировать прошедшие транспортные средства но типам мотоциклы, легковые автомобили, пикапы и малые грузовики (длиной менее 12 м), автобусы, большие грузовики (длиной более 12 м);
• • подсчитывать среднюю скорость движения по каждой полосе для разных типов ПС;
• • определять заполнение каждой дорожной полосы транспортными средствами (если транспортные средства в момент окончания заданного периода времени наблюдения не движутся или движутся со скоростью менее 5 км/ч, ситуация на дороге классифицируется как транспортный затор);
• • фиксировать расстояние между транспортными средствами на каждой полосе.

Важно

Одна видеокамера позволяет одновременно считывать данные от четырех до восьми полос движения. Существенным достоинствам видеодетекторов является возможность параллельного видеонаблюдения за зоной контроля. В то же время для сохранения качества изображения объектив видеокамеры необходимо периодически очищать. Для снижения эксплуатационных затрат выпускаются видеодетекторы с автоматической очисткой и обмывом защитного стекла объектива.

• [1] URL: http://www.wavetrenix.com/en